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1MODELAMIENTO DEINCENDIOS:
BASURA ENTRE BASURA SALE
Ing. Wolfram Jahn, PhD
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2Introduccin
La estrategia de manejo de humos depende de lageometra. Difcil
de estandarizar. No es posible un diseo prescriptivo. Se necesitan
soluciones de ingeniera! Modelamiento computacional de
Incendios
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2Introduccin
La estrategia de manejo de humos depende de lageometra. Difcil
de estandarizar. No es posible un diseo prescriptivo. Se necesitan
soluciones de ingeniera! Modelamiento computacional de
Incendios
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2Introduccin
La estrategia de manejo de humos depende de lageometra. Difcil
de estandarizar. No es posible un diseo prescriptivo. Se necesitan
soluciones de ingeniera! Modelamiento computacional de
Incendios
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2Introduccin
La estrategia de manejo de humos depende de lageometra. Difcil
de estandarizar. No es posible un diseo prescriptivo. Se necesitan
soluciones de ingeniera! Modelamiento computacional de
Incendios
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2Introduccin
La estrategia de manejo de humos depende de lageometra. Difcil
de estandarizar. No es posible un diseo prescriptivo. Se necesitan
soluciones de ingeniera! Modelamiento computacional de
Incendios
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3Introduccin
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4Decisiones a tomar
Qu tipo de Modelo de Incendio?
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4Decisiones a tomar
Qu tipo de Modelo de Incendio? 0-D Correlaciones empricas (por
ejemplo el
modelo del penacho de Heskestad).
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4Decisiones a tomar
Qu tipo de Modelo de Incendio? 0-D Correlaciones empricas (por
ejemplo el
modelo del penacho de Heskestad).
1-D Modelo de Zonas.
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4Decisiones a tomar
Qu tipo de Modelo de Incendio? 0-D Correlaciones empricas (por
ejemplo el
modelo del penacho de Heskestad).
1-D Modelo de Zonas.
3-D Dynamica de Fluidos Computacional (CFD).
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4Decisiones a tomar
Qu tipo de Modelo de Incendio? 0-D Correlaciones empricas (por
ejemplo el
modelo del penacho de Heskestad).
1-D Modelo de Zonas.
3-D Dynamica de Fluidos Computacional (CFD).
Qu Fuego? Fuego de diseo basado en el uso, la geometra y la
carga de combustible.
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4Decisiones a tomar
Qu tipo de Modelo de Incendio? 0-D Correlaciones empricas (por
ejemplo el
modelo del penacho de Heskestad).
1-D Modelo de Zonas.
3-D Dynamica de Fluidos Computacional (CFD).
Qu Fuego? Fuego de diseo basado en el uso, la geometra y la
carga de combustible.
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5Eleccin de Modelo
La eleccin de un modelo de fuego no necesariamente esexclusiva:
Posiblemente se use CFD y correlaciones.
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5Eleccin de Modelo
Para el fuego de diseo hay que aplicar ingeniera
No existe una solucin nica y verdadera.
La eleccin de un modelo de fuego no necesariamente esexclusiva:
Posiblemente se use CFD y correlaciones.
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6Fuego de diseo
CIBSE Guide E
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6Fuego de diseo Modelo de crecimiento ms aceptado: fuego de
t2
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6Fuego de diseo Modelo de crecimiento ms aceptado: fuego de
t2
Q = t2
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6Fuego de diseo Modelo de crecimiento ms aceptado: fuego de
t2
depende del tipo de combustible.Q = t2
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6Fuego de diseo Modelo de crecimiento ms aceptado: fuego de
t2
Categorizado (y tabulado) de acuerdo al uso:habitacional,
oficina, almacenes etc
depende del tipo de combustible.Q = t2
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6Fuego de diseo Modelo de crecimiento ms aceptado: fuego de
t2
Q mxima depende de la cantidad de combustible, dela ventilacin y
de existencia de proteccin activa.
Categorizado (y tabulado) de acuerdo al uso:habitacional,
oficina, almacenes etc
depende del tipo de combustible.Q = t2
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6Fuego de diseo Modelo de crecimiento ms aceptado: fuego de
t2
Ingeniera..
Q mxima depende de la cantidad de combustible, dela ventilacin y
de existencia de proteccin activa.
Categorizado (y tabulado) de acuerdo al uso:habitacional,
oficina, almacenes etc
depende del tipo de combustible.Q = t2
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7Fuego de diseo
CIBSE Guide E
Karlsson Enclosure Fire Dynamics
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7Fuego de diseo
CIBSE Guide E
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7Fuego de diseoLa tasa de liberacin de calor mxima (Qmax) y la
duracindel fuego se deben estimar basado en los
siguientescriterios:
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7Fuego de diseo
Condicin de ventilacin (si ocurri flashover)
La tasa de liberacin de calor mxima (Qmax) y la duracindel fuego
se deben estimar basado en los siguientescriterios:
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7Fuego de diseo
Carga de combustible y densidad de combustible (siflashover no
ha ocurrido)
Condicin de ventilacin (si ocurri flashover)
La tasa de liberacin de calor mxima (Qmax) y la duracindel fuego
se deben estimar basado en los siguientescriterios:
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7Fuego de diseo
Juicio tnico Carga de combustible y densidad de combustible
(si
flashover no ha ocurrido)
Condicin de ventilacin (si ocurri flashover)
La tasa de liberacin de calor mxima (Qmax) y la duracindel fuego
se deben estimar basado en los siguientescriterios:
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7Fuego de diseo
Indicaciones y guas se pueden encontrar en la literaturatcnica:
CIBSE Guide E, SFPE Handbook o NFPA.
Juicio tnico Carga de combustible y densidad de combustible
(si
flashover no ha ocurrido)
Condicin de ventilacin (si ocurri flashover)
La tasa de liberacin de calor mxima (Qmax) y la duracindel fuego
se deben estimar basado en los siguientescriterios:
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8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar
algunas caractersticas interesantes:
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8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar
algunas caractersticas interesantes:
Aire por arrastre Volumen del humo
-
8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar
algunas caractersticas interesantes:
Aire por arrastre Volumen del humo
ment = E
g2
Tcp
Q1/3c (z z0)5/3
1 +
GQ2/3c
(g1/2cpT)2/3(zz0)5/3
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8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar
algunas caractersticas interesantes:
Temperatura del penacho
Aire por arrastre Volumen del humo
ment = E
g2
Tcp
Q1/3c (z z0)5/3
1 +
GQ2/3c
(g1/2cpT)2/3(zz0)5/3
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8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar
algunas caractersticas interesantes:
Temperatura del penacho
Aire por arrastre Volumen del humo
ment = E
g2
Tcp
Q1/3c (z z0)5/3
1 +
GQ2/3c
(g1/2cpT)2/3(zz0)5/3
Thmo = T +Qc
mentcp
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8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar
algunas caractersticas interesantes:
Velocidad en el penacho Temperatura del penacho
Aire por arrastre Volumen del humo
ment = E
g2
Tcp
Q1/3c (z z0)5/3
1 +
GQ2/3c
(g1/2cpT)2/3(zz0)5/3
Thmo = T +Qc
mentcp
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8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar
algunas caractersticas interesantes:
Velocidad en el penacho Temperatura del penacho
Aire por arrastre Volumen del humo
ment = E
g2
Tcp
Q1/3c (z z0)5/3
1 +
GQ2/3c
(g1/2cpT)2/3(zz0)5/3
Thmo = T +Qc
mentcp
hmo = 3,4
gTcp
1/3Q1/3c (z z0)1/3
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9Para qu ir ms lejos?
Las ecuaciones anteriores no funcionan muy bien enespacios
cerrados.
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9Para qu ir ms lejos?
Clculos de transferencia de calor a la estructura.
Las ecuaciones anteriores no funcionan muy bien enespacios
cerrados.
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9Para qu ir ms lejos?
Requiere modelos ms sofisticados. Clculos de transferencia de
calor a la estructura.
Las ecuaciones anteriores no funcionan muy bien enespacios
cerrados.
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9Para qu ir ms lejos?
Si se requiere resolucin espacial (por ejemploubicacin de puntos
de extraccin), hay que usarmodelos de campo (CFD).
Requiere modelos ms sofisticados. Clculos de transferencia de
calor a la estructura.
Las ecuaciones anteriores no funcionan muy bien enespacios
cerrados.
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10
CFD Mtodo numrico para resolver Dinmica de Fluidos.
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10
CFD
Humo es solamente una de las aplicaciones posibles. Mtodo
numrico para resolver Dinmica de Fluidos.
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10
CFD
Se calculan caractersticas del flujo temperatura,velocidad,
composicin.
Humo es solamente una de las aplicaciones posibles. Mtodo
numrico para resolver Dinmica de Fluidos.
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10
CFD
El fuego y otras condiciones de borde deben serdefinidos basado
en el edificio especfico bajo anlisis.
Se calculan caractersticas del flujo temperatura,velocidad,
composicin.
Humo es solamente una de las aplicaciones posibles. Mtodo
numrico para resolver Dinmica de Fluidos.
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10
CFD
El fuego y otras condiciones de borde deben serdefinidos basado
en el edificio especfico bajo anlisis.
Se calculan caractersticas del flujo temperatura,velocidad,
composicin.
Humo es solamente una de las aplicaciones posibles. Mtodo
numrico para resolver Dinmica de Fluidos.
El resultado del anlisis es tan bueno como la definicin
delproblema (en el mejor de los casos).
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11
CFDSoftware usado: Fire Dynamics Simulator (FDS): Desarrollado
y
mantenido por el Insitute of Standards and Technology(NIST) de
los EE.UU.
FireFOAM: Software de cdigo abierto basado enOpenFOAM, mantenido
por FM Global.
CFX: Software comercial desarrollado por ANSYS.Licencias se
pueden arrendar de acuerdo a uso.
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CFDSoftware usado: Fire Dynamics Simulator (FDS): Desarrollado
y
mantenido por el Insitute of Standards and Technology(NIST) de
los EE.UU.
FireFOAM: Software de cdigo abierto basado enOpenFOAM, mantenido
por FM Global.
CFX: Software comercial desarrollado por ANSYS.Licencias se
pueden arrendar de acuerdo a uso.
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CFDSoftware usado: Fire Dynamics Simulator (FDS): Desarrollado
y
mantenido por el Insitute of Standards and Technology(NIST) de
los EE.UU.
FireFOAM: Software de cdigo abierto basado enOpenFOAM, mantenido
por FM Global.
CFX: Software comercial desarrollado por ANSYS.Licencias se
pueden arrendar de acuerdo a uso.
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CFDSoftware usado: Fire Dynamics Simulator (FDS): Desarrollado
y
mantenido por el Insitute of Standards and Technology(NIST) de
los EE.UU.
FireFOAM: Software de cdigo abierto basado enOpenFOAM, mantenido
por FM Global.
CFX: Software comercial desarrollado por ANSYS.Licencias se
pueden arrendar de acuerdo a uso.
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12
Algo sobre FDSDesarrollado y mantenido por Kevin McGrattan del
NIST paraexaminar el movimiento de humo en espacios cerrados tales
comoatrios, espacios de exhibicin, bodegas de
almacenamiento,tneles, etc.
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12
Algo sobre FDSDesarrollado y mantenido por Kevin McGrattan del
NIST paraexaminar el movimiento de humo en espacios cerrados tales
comoatrios, espacios de exhibicin, bodegas de
almacenamiento,tneles, etc.
FDS consiste de
Solver de Navier-Stokes Modelo de Turbulencias Modelo de
Combustin Modelo de Radiacin Transferencia de calor a los
bordes
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Algo sobre FDS FDS resuelve una versin simplificada de
Navier-Stokes,
adecuada para flujos impulsados por flotacin.
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Algo sobre FDS
Discretizacin por Diferencias Finitas sobre una
mallarectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada
para flujos impulsados por flotacin.
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13
Algo sobre FDS
Large Eddy Simulation (o DNS si se desea) para las turbulencias:
Discretizacin por Diferencias Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada
para flujos impulsados por flotacin.
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13
Algo sobre FDS
Vrtices grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation
(o DNS si se desea) para las turbulencias: Discretizacin por
Diferencias Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada
para flujos impulsados por flotacin.
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13
Algo sobre FDS
Vrtices a escala menor son aproximados (Smagorinsky). Vrtices
grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si
se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias
Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada
para flujos impulsados por flotacin.
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13
Algo sobre FDS
Vrtices a escala menor son aproximados (Smagorinsky). Vrtices
grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si
se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias
Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada
para flujos impulsados por flotacin.
Modelo de fraccin de Mezcla:
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Algo sobre FDS
Tasa de combustin infinita.
Vrtices a escala menor son aproximados (Smagorinsky). Vrtices
grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si
se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias
Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada
para flujos impulsados por flotacin.
Modelo de fraccin de Mezcla:
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Algo sobre FDS
Dos maneras de modelar un fuego: Tasa de combustin infinita.
Vrtices a escala menor son aproximados (Smagorinsky). Vrtices
grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si
se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias
Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada
para flujos impulsados por flotacin.
Modelo de fraccin de Mezcla:
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13
Algo sobre FDS
TLC prescrita. Dos maneras de modelar un fuego: Tasa de
combustin infinita.
Vrtices a escala menor son aproximados (Smagorinsky). Vrtices
grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si
se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias
Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada
para flujos impulsados por flotacin.
Modelo de fraccin de Mezcla:
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13
Algo sobre FDS
TLC prescrita. "Propagacin". Dos maneras de modelar un fuego:
Tasa de combustin infinita.
Vrtices a escala menor son aproximados (Smagorinsky). Vrtices
grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si
se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias
Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada
para flujos impulsados por flotacin.
Modelo de fraccin de Mezcla:
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Algo sobre FDS Gratis (Descargar de
https://code.google.com/p/fds-smv/).
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Algo sobre FDS Gratis (Descargar de
https://code.google.com/p/fds-smv/).
Muy fcil de usar.
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14
Algo sobre FDS Gratis (Descargar de
https://code.google.com/p/fds-smv/).
Si se usa con cuidado y conocimiento, es una herramienta
muypoderosa.
Muy fcil de usar.
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14
Algo sobre FDS Gratis (Descargar de
https://code.google.com/p/fds-smv/).
Potencialmente peligroso si se abusa, o se usa sin
anlisiscorrespondiente de resultados.
Si se usa con cuidado y conocimiento, es una herramienta
muypoderosa.
Muy fcil de usar.
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14
Algo sobre FDS Gratis (Descargar de
https://code.google.com/p/fds-smv/).
Por ejemplo interaccin FuegoRociadores NO FUNCIONA!!
Potencialmente peligroso si se abusa, o se usa sin
anlisiscorrespondiente de resultados.
Si se usa con cuidado y conocimiento, es una herramienta
muypoderosa.
Muy fcil de usar.
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15
Use CFD con cuidado... Cientos de parmetros pueden ser
ajustados.
-
15
Use CFD con cuidado...
La mayora requiere un conocimiento avanzado de
matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
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15
Use CFD con cuidado...
La mayora requiere un conocimiento avanzado de
matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
Todos tienen un valor por defecto...as que no es
necesarioajustarlos.
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15
Use CFD con cuidado...
La mayora requiere un conocimiento avanzado de
matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
Todos tienen un valor por defecto...as que no es
necesarioajustarlos.
-
15
Use CFD con cuidado...
FDS ofrece varios accesorios que en realidad no
funcionan(propagacin de fuego, rociadores).
La mayora requiere un conocimiento avanzado de
matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
Todos tienen un valor por defecto...as que no es
necesarioajustarlos.
-
15
Use CFD con cuidado...
No hay convergencia de malla!! FDS ofrece varios accesorios que
en realidad no funcionan
(propagacin de fuego, rociadores).
La mayora requiere un conocimiento avanzado de
matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
Todos tienen un valor por defecto...as que no es
necesarioajustarlos.
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15
Use CFD con cuidado...
Es comn obtener resultados no-fsicos, pero muchas veces nose
reconoce.
No hay convergencia de malla!! FDS ofrece varios accesorios que
en realidad no funcionan
(propagacin de fuego, rociadores).
La mayora requiere un conocimiento avanzado de
matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
Todos tienen un valor por defecto...as que no es
necesarioajustarlos.
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15
Use CFD con cuidado...
Ejemplo: Llamas en aperturas. Es comn obtener resultados
no-fsicos, pero muchas veces no
se reconoce.
No hay convergencia de malla!! FDS ofrece varios accesorios que
en realidad no funcionan
(propagacin de fuego, rociadores).
La mayora requiere un conocimiento avanzado de
matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
Todos tienen un valor por defecto...as que no es
necesarioajustarlos.
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Use CFD con cuidado...
Regla General: GIGO!
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15
Use CFD con cuidado...
Regla General: GIGO!
Garbage In Garbage Out(Basura Entra Basura Sale)
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16
Algunos Ejemplos
Ejemplo 1
Videos, fotos etc
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16
Algunos Ejemplos
Ejemplo 2
Videos, fotos etc
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17
Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial
para diseo
basado en desempeo.
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17
Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial
para diseo
basado en desempeo.
Hay bastante software de buena calidad disponible a
costocero.
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17
Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial
para diseo
basado en desempeo.
No es la respuesta a todo problema. Hay bastante software de
buena calidad disponible a costo
cero.
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17
Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial
para diseo
basado en desempeo.
No es la respuesta a todo problema. Hay bastante software de
buena calidad disponible a costo
cero.
Los modelos no hacen el trabajo por nosotros son
unaherramienta.
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17
Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial
para diseo
basado en desempeo.
No es la respuesta a todo problema. Hay bastante software de
buena calidad disponible a costo
cero.
Los modelos no hacen el trabajo por nosotros son unaherramienta.
Hay que saber de incendios para poder usarlos.
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17
Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial
para diseo
basado en desempeo.
No es la respuesta a todo problema.
Requieren de un conocimiento profundo de dinmica defuego y de
matemticas numricas.
Hay bastante software de buena calidad disponible a
costocero.
Los modelos no hacen el trabajo por nosotros son unaherramienta.
Hay que saber de incendios para poder usarlos.
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17
Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial
para diseo
basado en desempeo.
No es la respuesta a todo problema.
Requieren de un conocimiento profundo de dinmica defuego y de
matemticas numricas.
Hay bastante software de buena calidad disponible a
costocero.
Los modelos no hacen el trabajo por nosotros son unaherramienta.
Hay que saber de incendios para poder usarlos.
GIGO!
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18
GRACIASPOR SU
ATENCION
Ing. Wolfram Jahn, PhDRaindance Science Inc.Santiago de
[email protected]
